Sb变质对Mg_2Si/Mg-Al基复合材料中Mg_2Si相的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和同步热分析仪研究了Sb变质对Mg_2Si/AZ91D复合材料中Mg_2Si相的影响,探索了变质机理。结果表明:0.2%Sb变质使Mg_2Si/AZ91D复合材料中初生Mg_2Si由粗大的枝晶状变成细小的多边形状,共晶Mg_2Si的形貌由粗大的汉字状变成针状、团絮状、短杆状、蠕虫状和颗粒状。继续增加Sb含量,对初生Mg_2Si的形状和尺寸影响不大。但是增加Sb含量使得颗粒状的共晶Mg_2Si数量增多,尺寸减小,分布更均匀。加入Sb变质剂后,Mg_3Sb_2可作为初生Mg_2Si的形核核心,细化晶粒。共晶Mg_2Si的凝固开始温度降低,其形核过冷度增大,形核率增加。     

Nd、Ti、B复合变质对Al-18Mg_2Si合金组织与性能的影响

针对Al-18Mg_2Si合金力学性能差的问题,采用OM、XRD、SEM等手段研究单独添加Nd与Nd-Ti-B复合变质处理对Al-18Mg_2Si合金凝固组织与力学性能的影响。结果表明,经0.25%的Nd变质处理后,初生Mg_2Si尺寸由未变质的65μm减小到26μm,包裹初生Mg2Si的α-Al相数量增加;共晶Mg2Si片间距由未变质的3~5μm降低到1μm,共晶团尺寸减小,数量增加;经0.25%的Nd+0.1%的Ti+0.02%的B变质处理后,初生Mg_2Si尺寸减小到15μm,数量增加1倍。经0.25%的Nd和0.25%的Nd+0.1%的Ti+0.02%的B变质处理后,Al-18Mg_2Si合金的抗拉强度分别提高9.6%和23.6%,伸长率分别提高33%和75%。Nd-Ti-B变质处理效果优于单一Nd变质处理。     

铈变质及热处理对Al-15% Mg_2Si-Si复合材料组织与性能的影响

研究了铈含量和热处理工艺对原位合成Al-15Mg_2Si-Si复合材料组织与性能的影响规律。结果表明:未变质时,Al-15% Mg_2Si-Si复合材料中初生Mg_2Si呈粗大的树枝状;加入Ce变质剂后,初生Mg_2Si变为块状,尖角被钝化,分布均匀。当变质剂Ce含量为0.8%时,初生Mg_2Si的尺寸最细小,为14μm,比未变质时减小了82.1%,并且其力学性能最佳,其抗拉强度、条件屈服强度、伸长率分别为215 MPa、157.1 MPa、2.3%。Ce含量为0.8%的Al-15% Mg_2Si-Si复合材料,在510℃固溶8 h+175℃时效5 h效果最好,块状初生Mg_2Si相几乎接近圆形,共晶Mg_2Si和共晶Si呈细小的颗粒状分布在基体上,硬度比铸态提高了24.2%。     

Sr和P变质对Mg-5Sn-2Si合金显微组织的影响

利用Sr、P及Sr与P复合添加分别对Mg-5Sn-2Si合金进行变质处理,研究了不同Sr含量。不同P含量以及Sr和P复合添加对Mg_2Si变质效果的影响。结果表明:随着Sr含量的增加,共晶Mg_2Si相的形貌逐渐由汉字状向蠕虫状和颗粒状转变,共晶Mg_2Si显著细化,但对初生Mg_2Si相钝化作用有限。在Mg-5Sn-2Si合金中添加P后,P和熔体Mg形成Mg_3P_2,对初生Mg_2Si起到形核核心作用,从而细化初生Mg_2Si,而对细化共晶Mg_2Si相作用不大。P和Sr复合变质后,初晶Mg_2Si尺寸相对单一P变质效果更细小,P和Sr复合变质对合金中的初生Mg_2Si和共晶Mg_2Si具有更好的细化作用。     

凝固速率对Mg_2Si/Al复合材料组织和力学性能的影响

在不同凝固速率条件下制备了原位内生Mg_2Si和Si颗粒增强的Mg_2Si/Al复合材料,研究了凝固速率对其组织和力学性能的影响。结果表明,随着凝固速率增加,初生Mg_2Si和初生Si的颗粒数量增加,多边形初生Mg_2Si趋向转变为四边形形貌,初生Si形貌则无明显变化。随着凝固速率的加快,前者的平均尺寸由30μm变为6μm,后者的平均尺寸由71μm变为21μm。性能测试显示,Mg_2Si/Al复合材料的硬度,抗拉强度和伸长率也都随着凝固速率的提高而有所增长。最佳凝固速率为460℃/s,此时复合材料的硬度、抗拉强度和伸长率分别为169 HV0.2、221 MPa和1.63%。     

Er对原位自生Mg_2Si/AZ91复合材料组织和性能影响

研究了不同含量稀土Er对原位自生Mg_2Si/AZ91复合材料组织和性能的影响,并讨论其变质机理。结果表明,适量的Er能有效细化原位自生Mg_2Si/AZ91复合材料基体的晶粒尺寸,同时改变初生Mg_2Si相在基体中的大小、形貌和分布。当Er加入量为0.5%,基体组织细化效果最为显著,其晶粒由250μm细化至180μm,初生Mg_2Si相由粗大汉字状转变为短棒状,大小由50μm缩减至20μm,合金的抗拉强度和伸长率也分别由168MPa和1.8%提升至190MPa和2.7%。     

原位自生Mg_2Si/Al复合材料的组织与性能研究

研究了混合RE变质,混合RE+P变质以及熔体过热对18Mg2Si/Al复合材料组织与性能的影响。结果表明,未变质条件下,18Mg2Si/Al复合材料中初生Mg2Si为粗大的多角状或树枝状,平均晶粒尺寸为65.3μm,而且尺寸分布不均匀。经过3种不同的方法处理后,复合材料中初生Mg2Si得到了不同程度的细化,其中混合RE+P复合变质使初生Mg2Si尺寸达到15μm,共晶Mg2Si呈颗粒状。过热处理后初生Mg2Si达到了13μm,共晶Mg2Si呈絮状。原位自生18Mg2Si/Al复合材料的抗拉强度和伸长率得到了不同程度的提高。     

Sc对亚共晶Al-11Mg_2Si合金组织与力学性能的影响

通过XRD分析、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察及拉伸力学性能测试等手段,研究了添加稀土元素Sc对亚共晶Al-11Mg_2Si合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:在Al-11Mg_2Si合金中添加适量的Sc对初生α-Al和共晶Mg_2Si相同时起到良好的细化和变质作用。α-Al晶体由粗大的树枝晶转变为细小的球状晶,其平均尺寸由67.72μm减小至最小14.28μm;共晶Mg_2Si由粗大的片层状转变为细小的纤维状和颗粒状,其平均尺寸由12.37μm减小至最小1.80μm。经0.25%Sc处理后,合金的抗拉强度、伸长率和硬度分别由未细化、变质的269 MPa、5.2%和35HRB提高到334 MPa、9.4%和53 HRB,分别提高了24.2%、80.8%和51.4%。含0.25%Sc合金断口中大量形成韧窝,其断裂模式从脆性转变为韧性。     

超声处理协同Er和Ce复合变质对Mg-3.2Si合金组织及性能的影响

研究了超声处理协同稀土元素Er和Ce复合变质对过共晶Mg-3.2Si合金中组织和力学性能的影响,并探讨了其作用机理。结果表明,在过共晶Mg-3.2Si合金中,添加约0.6%(质量分数,下同)的Er时,初生Mg2Si相的尺寸由150μm减小到40μm,其形态从粗大树枝状变为不规则多面体形状;继续添加1.0%的Ce,可获得5～10μm的多面体或球状初生Mg2Si相,变质效果明显。在此基础上,超声处理可以有效改变初生Mg2Si相的形状和尺寸。当超声功率为1 200W时,可获得颗粒状的初生Mg2Si相,细化效果最佳,合金试样的抗拉强度与伸长率分别达到158MPa和4.5%。对其断口分析可知,经超声处理的合金断裂形式为解理断裂和韧窝的混合断裂形式。     

P和La对Al-20Mg_2Si合金凝固组织及力学性能的影响

研究了0～0.75%的P、La以及0.5%P和0.5%La复合处理对Al-20Mg_2Si合金凝固组织和力学性能的影响。结果表明:P、La及其复合变质均可改善合金的凝固组织和力学性能。随着P或La加入量的增加,合金中初生Mg_2Si相的尺寸都先减小后增大,转折点均为0.5%,同时组织中出现了Mg_3(PO_4)_2P和Al_(11)La_3相;在复合处理条件下,初生Mg_2Si相的尺寸最小,比未变质时减小了63.7%。合金的力学性能均与初生Mg_2Si相的尺寸对应,随P或La加入量的增加,力学性能先增加后减小。复合处理时,合金力学性能最优,其抗拉强度和伸长率分别比未变质试样提高了40.5%和159%。     

变质元素对Mg/Mg_2Si复合材料中Mg_2Si相影响的研究进展

Mg_2Si相作为一种具有良好性能的二元合金相,被广泛地应用在多种有色合金以及复合材料中作为增强相。采用不同的元素得到了不同的变质效果,通过变质元素细化Mg_2Si相,以提高合金的性能。研究了不同元素对Mg/Mg_2Si复合材料中的Mg_2Si相的复合变质作用。综述了Mg_2Si相的性质,重点介绍了铸造镁合金中添加变质元素对Mg_2Si相形貌的影响以及变质机理,总结了当前研究阶段存在的不足,并提出了进一步研究方向。     

变质和细化工艺对原位Mg_2Si/Al复合材料组织与性能的影响

在原位Mg2Si/Al复合材料中,通过添加稀土Ho、P、混合稀土、Ca对Mg2Si相进行变质(细化)处理,观察变质(细化)前后材料的组织与力学性能变化,确定合适的变质(细化)剂。结果表明:经不同变质剂变质处理后,材料中初生Mg2Si相尺寸都有所减小,变质效果依次为:稀土Ho变质P和混合稀土复合变质P或混合稀土单一变质Ca细化。经稀土Ho变质处理后,初生Mg2Si相转变为不规则的块状或长棒状,共晶Mg2Si变成纤维状,聚集在初生Mg2Si相周围,初生Mg2Si相尺寸达到16μm左右;经稀土Ho处理后,该合金的力学性能有所提升,抗拉强度提升至180 MPa以上,硬度提升至84HB以上。     

超声波对原位Mg_2Si／Al复合材料中初生Mg_2Si形态的影晌

采用光学显微镜和场发射扫描电镜,研究超声波对原位Mg2Si／A1复合材料中初生Mg_2Si形态的影响。研究结果表明：超声波处理使初生Mg2Si的晶粒尺寸从150μm降低到20μm,初生Mg_2Si形态发生改变。在二维形貌中,未实施超声波振动处理的初生Mg_2Si晶粒生长为含有空腔的粗大颗粒,共晶组织生长于其中,相应的三维形态为含有漏斗状空腔的八面体和十四面体。超声波处理后的初生Mg_2Si晶粒变成细小、实心三维形态的颗粒,颗粒棱角已发生钝化效应。     

Ce对铸造Mg-5Al-2Si合金中Mg_2Si相改性及力学性能的影响

利用X射线衍射、光学显微镜和扫描电镜等分析测试手段,研究了不同Ce添加量对重力铸造Mg-5Al-2Si合金显微组织和力学性能的影响规律。结果表明,添加Ce以后,合金中主要存在α-Mg相、汉字状Mg_2Si相、多边形Mg_2Si相、细小的Al11Ce3和CeSi2相;稀土Ce的加入改变了合金中Mg_2Si相的尺寸、形貌与分布;随着Ce含量增加,汉字状Mg_2Si相的平均长度大幅度减小,共晶Mg_2Si相的形貌由粗大的汉字状转变为多边形状;当Ce添加量为0.4%时,试验合金的力学性能达到最佳,而增加至0.8%时,合金的力学性能反而下降。拉伸断口形貌也揭示了合金的力学性能情况。因此,适当的Ce添加量(0.4%)可以有效地改性Mg_2Si相,从而提高合金的强度和伸长率。     

Sr对Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织的影响

用重力铸造法制备Sb及Sr+Sb联合变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金,再进行不同的固溶处理,研究Sr对Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金组织的影响。结果表明:Sb和Sr+Sb联合变质均可以使初生Mg_2Si和Mg_2(Si,Sn)颗粒发生不同程度的球化,而Sr+Sb联合变质比Sb单变质具有更好的细化和球化效果;Sr+Sb联合变质后,共晶Mg_2Si和Mg_2(Si,Sn)相由汉字状变为细小近似球形或多边形颗粒状;Sb变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金在较低固溶温度和较短保温时间下即可使大部分Mg17Al12相和部分Mg_2Sn相固溶到基体中,而Sr+Sb联合变质合金组织中,Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Sn依然清晰可见,未完全溶解的Mg_(17)Al_(12)相发生球化,均匀的分散在基体中;Sr+Sb联合变质Mg-5Sn-1.5Al-1Zn-1Si合金固溶温度要比Sb单变质时略高一些,但对固溶时间的影响并不明显。     

Er对Mg-5Si合金变质效果和性能的影响

研究了不同Er含量对Mg-5Si合金中初生Mg_2Si相的变质效果的影响,测试了合金的力学性能,并讨论其变质机理。结果表明,加入适量Er能有效变质初生Mg_2Si相。当加入2.0%的Mg-30Er时,变质效果最佳,此时,初生Mg_2Si相的尺寸在15μm以下,其形态从粗大的树枝状转变为多面体颗粒状,并且分布均匀,此时,合金的抗拉强度和伸长率分别为135 MPa和3.8%。     

Sb对原位Mg2Si/Al-5Si复合材料显微组织的影响

研究了Sb含量对Mg2Si／Al-5Si复合材料显微组织的影响。结果表明，随着Sb含量的增加，初生Mg2Si颗粒形貌明显发生了细化，Mg2Si形态由变质前的汉字体和枝晶状变为细小的、均匀分布的颗粒状，Mg2Si体积分数也有所增加。当Sb含量为0．4％时，细化效果达到最佳，由变质前的52μm变为25μm。当Sb含量超过0．4％后，Mg2Si颗粒尺寸开始粗化，因此，过量的Sb对Mg2Si颗粒的细化无益。Sb对Mg2Si颗粒的细化主要由于AlSb引起的异质形核作用，Sb使液相线温度和熔体表面张力扩σLV降低，对Mg2Si颗粒的细化也具有一定的作用。     

Er和Gd复合变质对Mg-3.2Si合金组织及性能的影响

通过金相、扫描电镜和电子探针等方法研究了稀土Er和Gd复合变质对过共晶Mg-3.2Si合金组织和力学性能的影响,并探讨了其变质机理。结果表明,在过共晶Mg-3.2Si合金中,添加约0.6%的Er时,初生Mg2Si相的尺寸由150μm减小到40μm,其形态由粗大树枝状变为不规则多面体形状;在此基础上,继续添加0.6%的Gd,可获得20~30μm的多面体初生Mg2Si相,变质效果最佳;但稀土添加过量,会出现过变质现象。其变质机理是稀土在初生Mg2Si相表面富集,影响其生长过程并改变其生长方式;合金凝固时,稀土Er、Gd的晶体结构相同,形成了连续固溶体。当加入0.6%的Er和0.6%的Gd时,合金的抗拉强度与伸长率分别达到112 MPa和3.2%。     

Ce变质对Mg_2Si增强镁基复合材料组织与力学性能的影响

研究了Ce含量对原位自生Mg_2Si/AZ91D复合材料组织与常温、高温力学性能的影响。结果表明:Ce对初生Mg_2Si的形状影响不大,但是可细化初生Mg_2Si,使共晶Mg_2Si由树枝状、汉字状变成短杆状、颗粒状,并细化β-Mg_(17)Al_(12)。Mg_2Si/AZ91D复合材料的室温和高温力学性能均随Ce含量的增加呈先增大后减小的变化趋势。加入0.5%Ce时,材料的室温和高温力学性能最佳。室温抗拉强度和伸长率分别比未变质时提高了18.4%和74.1%;高温下抗拉强度比室温下降低了22.6%,伸长率比室温下提高了52.7%。     

Al-P和Al-Ti-B对Mg_2Si/Al复合材料显微组织的影响

研究了Al-3P和Al-5Ti-1B中间合金单独加入以及同时加入时对Mg2Si/Al复合材料显微组织的影响,并探讨了其作用机理。结果表明,Al-P和Al-Ti-B中间合金均可对Mg2Si产生较好的细化和变质效果,并且Al-Ti-B对Al-P的细化变质效果有促进作用,初生Mg2Si颗粒形态由枝晶变为多边形,平均颗粒尺寸由100μm以上细化至20μm左右。